Rad51

Rad51とは

Rad51は、地球上の多様な真核生物、すなわち単細胞性の酵母から私たちヒトのような複雑な多細胞生物に至るまで、そのゲノムに存在する遺伝子、そしてその遺伝情報から作られるタンパク質の名称です。生命活動の根幹を支える極めて重要な分子であり、細胞が日々直面する様々なゲノムへの脅威、特にDNAの二重鎖が同時に切断されるという重篤な損傷を修復する仕組みにおいて中心的な役割を担っています。このタンパク質は、原核生物における同様の機能を持つRecAタンパク質と配列の類似性が見られることから、進化的に保存された機能を持つと考えられています。

生化学的な特性と機能機構

Rad51タンパク質は、その機能において、大腸菌などに存在するRecAタンパク質が持つようなDNAに関する生化学的活性を示します。具体的には、DNA鎖の結合や交換といった能力を持っています。しかし、Rad51単独での活性はRecAに比べると一般的に低いことが知られており、その能力を最大限に引き出すためには、細胞内に存在する他の複数のタンパク質の協調的な働きが不可欠となります。

Rad51の主要な機能は、「相同鎖検索交換反応」として知られるプロセスを実行することです。これは、損傷したDNAの情報が失われた際に、細胞内の無傷な相同なDNA分子を鋳型として情報をコピーし、損傷を修復するメカニズムです。この反応の初期段階において、Rad51は、損傷部位に現れる一本鎖DNA領域に結合します。Rad51は一本鎖DNA上を覆うように結合し、規則正しい右巻きのらせん構造を形成します。このDNAとRad51タンパク質の複合体は「ヌクレオプロテインフィラメント」と呼ばれます。

形成されたヌクレオプロテインフィラメントは、細胞核内を探索し、損傷部位と相同な塩基配列を持つ無傷なDNA分子（多くの場合、姉妹染色分体や相同染色体）を見つけ出します。相同なDNAが見つかると、ヌクレオプロテインフィラメントが触媒となり、損傷した側のDNA鎖と相同なDNA鎖の間で鎖交換が行われます。この鎖交換を起点として、無傷な相同DNAを鋳型としたDNA合成が進み、最終的にDNAの二重鎖構造が再構築され、損傷が正確に修復されるのです。このように、ヌクレオプロテインフィラメントの形成と相同鎖検索交換は、Rad51によるDNA二重鎖切断修復の根幹を成す過程です。

ヒトにおけるRad51とその関連遺伝子

Rad51遺伝子の存在は、当初、遺伝学的な研究が盛んに行われていたモデル生物である出芽酵母において発見されました。その後の分子生物学的な研究の進展により、出芽酵母だけでなく、複雑な生物であるヒトにおいてもRad51と非常に類似した機能を持つ遺伝子が存在することが明らかになりました。

さらに、ヒトを含む高等真核生物のゲノムを詳細に解析した結果、Rad51遺伝子そのものに加えて、Rad51と構造的・機能的に関連性の高い複数の遺伝子が存在することが見出されています。これらには、Rad51B、Rad51C、Rad51D、XRCC2、XRCC3などの遺伝子が含まれます。これらのRad51と相同性を持つ遺伝子群は、しばしば「Rad51パラログ」や「Rad51ファミリー」と呼ばれます。これらのパラログは、単独でRad51と同様の完全な機能を持つわけではありませんが、それぞれがRad51と複合体を形成したり、Rad51のヌクレオプロテインフィラメント形成や機能発揮を補助・調節したりすることで、相同組換えによるDNA修復経路全体の効率性や正確性を高めるために不可欠な役割を分担していると考えられています。したがって、ヒトでは、Rad51単独ではなく、これらのRad51ファミリータンパク質からなる複雑なシステムによって、ゲノムの安定性が維持されていると言えます。

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